电池为啥会热失控呢？
电池为啥会热失控呢？
锂离子电池作为绿色环保电池的首选，已在各行业中得到广泛应用。然而，其安全性能问题一直备受关注。热失控是导致电池安全性问题的本质原因，本文将为您详细解析热失控的成因及其应对措施。
锂离子电池一直是绿色环保电池的首选，随着锂电池生产技术不断提升，成本不断降低，锂电池在各行业中都得到了广泛的应用。在安全性能方面，锂离子电池由于充放电电流大、散热性能差等特性容易导致电池内部温度升高至不可控状态。锂离子电池目前采用的电解液多为有机溶剂，大多属于易燃或可燃液体，其增加了发生火灾的隐患。
影响电池安全性的因素有很多，其中热失控是本质原因。热失控是指电池到达一定的温度后而发生失控现象，产生温度直线上升，直至电池燃烧爆炸。引发热失控的关键因素有过热、过充、内短路、机械触发等。
过热
电池过热主要有两方面的原因，一是电池选型和热设计的不合理，二是电池短路等情况导致的内部温度升高。可以从电池设计与电池管理两个方面来进行处理。从电池材料设计角度，可开发特殊性能的材质，来阻断电池内部的热失控反应；从电池管理角度，可以设定不同的温度范围，来定义不同的安全等级，从而进行分级报警。锂离子电池过热爆炸喷出的熔化液体如图2所示。
图2 锂离子电池过热爆炸喷出的熔化液体
过充
电池过充电触发热失控，主要是因为电池本身的过充电路安全功能缺失，导致电池管理系统(BMS)已经失控却还在充电。随着时间推移，电池老化，各个电池之间的一致性会越来越差，电池过充就更容易发生，热失控的概率也会增大。为防止锂离子电池过充，通常采用专用的充电电路来控制电池的充放电过程，或者在单个电池上安装安全阀以提供更大程度的过充保护；也可采用正温度系数电阻器(PTC)，其作用机理为当电池因过充而升温时，增大电池的内阻，从而限制过充电流；亦可采用专用的隔膜，当电池发生异常引起隔膜温度过高时，隔膜孔隙收缩闭塞，阻止锂离子的迁移，从而防止电池的过充。
内短路
内短路是指电池单体由于隔膜失效而导致正负极直接接触的现象，其中电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀与收缩、析锂等都有可能造成内短路。内短路是缓慢发生的，时间非常长，而且不知道它什么时候会出现热失控。其诱因主要可分为三种：一是挤压穿刺等机械滥用、过充电过放电等电气滥用、高温等热滥用；二是电池材料含有相应杂质，如金属杂质、环境中的粉尘、模切时产生的毛刺等；三是电池负极表面产生析锂现象。后两种产生的内短路程度一般比较轻微，且产生的热量很少，不会立即触发热失控。
热失控诱因的共性环节——内短路示意图如图3所示。
图3 热失控诱因的共性环节——内短路示意图
机械触发
机械触发是指电池遭受外部挤压、碰撞等原因从而引发电池热失控，碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式，汽车屡次发生起火事故，多数情况都是由碰撞引起的。处理碰撞触发热失控的方法就是做好电池的安全保护设计，强化电池组内部结构的力学性能，阻断和抑制热失控的扩展。
热失控是制约锂离子电池性能表现的短板之一，也是电池发生安全性问题的本质原因。又因为储能电池的安全性能决定了其在储能领域的市场和未来，所以在投入市场前，可靠的样品检测必不可少。电池典型的热失控过程如图4所示。
图4 电池典型的热失控过程